PTCDI-C13 N型薄膜场效应晶体管性能及其应用研究

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由于柔性有机场效应晶体管在可穿戴、便携式等电子学方面的重要应用,使其受到研究者的广泛关注。然而,相比于p型柔性有机场效应晶体管,n型柔性有机场效应晶体管的发展相对滞后,性能较低,稳定性较差,且n型有机半导体的种类相对较少。鉴于n型有机场效应晶体管在电子电路及光电子电路等方面的重要应用,因此,稳定的n型柔性有机场效应晶体管的发展是十分必要的。其中,PTCDI-C13作为商业化的n型小分子材料,具有良好的电学、光电学性能以及优异的稳定性。本论文基于真空气相沉积法获得了高质量的PTCDI-C13有机薄膜,制备PTCDI-C13有机薄膜场效应晶体管,并研究其柔性器件电学性能和光电性能。主要内容如下:1.利用真空气相沉积法制备PTCDI-C13薄膜场效应晶体管,并通过优化绝缘层以及半导体的沉积条件,获得高性能稳定的PTCDI-C13薄膜晶体管。实验结果显示,当PTCDI-C13沉积的衬底温度为45℃,沉积速率为0.05?/s时,在PMMA、PVA和c-PVA三种柔性聚合物绝缘层上能够获得薄膜晶体管的最优场效应性能;且基于PMMA绝缘层制备的薄膜晶体管具有更高的场效应性能和更好的操作稳定性,器件的最高迁移率为0.53 cm2V-1s-1,开关比高达108,是这种材料目前报导的最高值。2.基于高质量的PTCDI-C13薄膜,制备以PMMA为绝缘层、PVA为支撑层和以PMMA/PVA双层绝缘层且无支撑层的两种超薄柔性薄膜晶体管,厚度分别为590 nm和830 nm。两种超薄器件均具有良好的稳定性(操作稳定性和空气稳定性)和较高的场效应性能,器件的迁移率均大于0.5 cm2V-1s-1,开关比分别为107和108;超薄器件具有较强的机械耐受能力,在受到弯曲、褶皱等强机械应力下仍能保持良好的场效应性能。显示了超薄柔性PTCDI-C13薄膜器件在可穿戴电子学方面的应用前景。3.在获得的稳定的以PMMA为绝缘层、PVA为支撑层的超薄柔性PTCDI-C13薄膜器件的基础上,研究器件的光电性能,器件具有高光响应率(31.5 AW-1)和高光灵敏度(2.8×104);超薄薄膜光晶体管也具有较强的机械耐受能力,在弯曲时器件光灵敏度保持在2×104不变;当超薄柔性薄膜光晶体管贴在三维球面上时,所有器件的光灵敏度与在平面时器件的光灵敏度值保持一致,仍能达到104,使其能够很好的来自各个方向的光,以模仿生物复眼。这些结果显示空气稳定的n型PTCDI-C13薄膜光晶体管在便携式、可穿戴电子学和光电子学方面的应用潜力。
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